制备石墨烯复合材料研发

 石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。氧化石墨烯还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。制备石墨烯复合材料研发

用油胺与十八胺对GO进行改性，然后将其与丁苯橡胶（SBR）溶液混合均匀，然后共凝聚制得改性GO-SBR复合材料。无论在玻璃态和橡胶态，改性的GO-SBR与纯GO-SBR相比储能模量均大幅提高；25°C时，7 wt.%油胺改性GO和7 wt.%十八胺改性GO分别使橡胶储能模量提高了67%和39%。这其中主要的原因是胺基改性的GO相比于纯GO在SBR中分散性更好，且与橡胶界面作用更强。两种胺之间的性能区别主要是油胺含有双键，在硫化过程中可以与橡胶交联，从而进一步提高橡胶性能43。同样的现象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡胶（VPR）中也被观察到。在VPR中添加3.6 vol.%的胺基改性GO，可以使复合材料的玻璃态模量提高21倍，橡胶态模量提高7.5倍，拉伸强度提高3.5倍广东石墨烯复合材料制造氧化石墨烯应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。

氧化石墨烯在聚合物基体中可以限制聚合物链的流动性，在燃烧过程中，各向异性氧化石墨烯形成碳层网络，阻碍降解产物的逸出。还原后石墨烯还具有较高热导率，有助于燃烧区域狙击的热量扩散，因此氧化石墨烯/聚合物复合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯还可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐热性60,61。这是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键配位后，使复合材料的自由离子量缩减，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员通过共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂用作原材料，进行氧化石墨烯聚合物复合材料的制备。实验结果发现所制备的复合树脂材料与单纯的树脂相比，耐热性能有了***的提升，这无疑为耐热材料的良好应用打下了坚实稳定的基础，也推动了耐热材料的发展62。

材料的结晶无疑与材料的性能和应用息息相关65。将氧化石墨烯与结晶材料复合，进而进行材料结晶过程的定向调整，可以实现材料性能的有效提升66。例如通过差热法研究发现，氧化石墨烯的负载量在不断的提升的同时，聚合物类氧化石墨烯的结晶现象也得到了有效的缓解。随着温度的不断降低，与原材料相比，氧化石墨烯聚合物复合材料的结晶速度变得缓慢。与此同时，材料的基本结构并没有随着温度的降低而发生明显的改变。由此可见，一些氧化石墨烯聚合物复合材料可以被应用于各种低温环境当中，实现耐低温材料的更加广泛的应用。石墨烯抗静电阻燃复合材料高氧指数，以及良好的流动性与力学性能。

制备聚合物/石墨烯纳米复合材料**关键的一步是将石墨烯分散到聚合物基体之中。好的分散状态能保证石墨烯与聚合物基体的接触界面比较大化，从而影响到整个复合材料的性能。因此，科学家们付出了大量的努力，以求将改性或者未改性的石墨烯均匀分散到聚合物基体之中，并且取得了一定的成果。到目前为止，大多数复合材料主要采用了以下三种方法来制备：一、溶液共混法；二、原位聚合法；三、熔融共混法[148]。值得一提的是，由于氧化石墨烯还原法是目前***能大规模制备石墨烯的方法，而制备复合材料通常需要大量的石墨烯原料，所以制备复合材料使用的基本上为改性或还原的氧化石墨烯。氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。东北制造石墨烯复合材料使用方法

石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。制备石墨烯复合材料研发

在橡胶类体系中，需要同时兼顾材料的强度与韧性，因此对GO的分散性和GO与橡胶基体间的相互作用要求更高。主要通过将GO与橡胶分子交联，或对GO改性，增强其对橡胶分子的亲和性来实现47,48。Liu等42以极性XNBR为载体，将GO转移到SBR基体中。GO悬浮液与XNBR胶乳混合，然后将其加入到SBR胶乳中，再进行胶乳共凝聚。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料在SBR基体中的分散进行了表征并研究了纳米复合材料的力学性能。研究发现，XNBR可以通过氢键与GO相互作用，并与SBR形成化学交联。因此XNBR可以防止SBR基体中GO片层聚集，改善GO和SBR的相互作用。图5.1中描述了XNBR对GO和SBR相互作用的影响。制备石墨烯复合材料研发